Tijdens de eerste Wereldoorlog (1914-1918) werden vliegtuigen, naast bombardementen en luchtgevechten, tevens ingezet als fotografisch platform voor verkenningen van het vijandelijk gebied. Dankzij de ervaringen van deze bemanningen werd niet alleen de luchtfotografie verwezenlijkt maar werd tevens het nut van de luchtvaart voor astronomische doeleinden ingezien.
Het gebruik van sterrenkundige apparatuur aan boord van vliegtuigen stamt uit de jaren '20 en richtte zich uitsluitend op zonnewaarnemingen. De voordelen van het inzetten van vliegtuigen voor zonsverduisteringen zijn legio; waarnemingen boven de wolken op de gewenste geografische locatie, langere tijd in de schaduw vertoeven en waarnemen met infrarood telescopen boven de vochtigste lagen van de troposfeer. Wellicht de eerste astronomische waarneming vanuit een vliegtuig gebeurde aan boord van een US-Navy DeHavilland DH-4B dubbeldekker tijdens de zonneeclips van 10 september 1923. Captain Albert Stevens kreeg de taak om vanaf 5 500 m hoogte het precieze traject van de schaduw op Amerikaans grondgebied te documenteren. De fotograaf in de achterste cockpit nam tevens een dertigtal foto’s van de Zon, maar de eclips werd niet duidelijk genoeg op fotografische plaat vast gelegd.
– Moffett Field nabij San Francisco - Foto: Philip Corneille
Begin de jaren '30 kreeg de National Geographic Society (NGS) interesse om zonsverduisteringen vanuit de lucht te fotograferen. Tijdens de eclips van 31 augustus 1932 slaagde Captain Stevens erin om vanaf 8000 m hoogte een uitstekende reeks foto’s te maken van de Maan die langzaam over de Zon schoof. Tijdens totaliteit gebruikte hij een infrarood filter om de corona op de gevoelige plaat vast te leggen. Deze foto’s verschenen in de november 1932 editie van National Geographic magazine. Voor de zonsverduistering van 8 mei 1948 zette NGS waarnemers in op observatoria in Birma, Siam, China, Zuid-Korea, Japan en de Aleoeten eilanden groep tussen Rusland en de VSA. Terwijl waarnemers op de grond met slecht weer kampten, hadden NGS fotografen aan boord van twee B-29 bommenwerpers, opgestegen vanuit Amchitka, een schitterend zicht op de eclips. Beide B-29’s kregen een extra glazen koepel op het dak om de zonsverduistering te filmen vanaf 9500 m hoogte. Het contrast tussen de observatoria op de grond en het succes van het inzetten van vliegtuigen haalde het wereldnieuws en NGS publiceerde een artikel van 47 pagina’s in hun maart 1949 editie!
Astronomen deden observaties via een aparte console achterin het toestel - Foto: NASA-Ames
Begin de jaren '60 ontwikkelde de Amerikaanse astrofysicus Frank James Low (1933-2009) een met Gallium versterkte Germanium bolometer, waardoor infrarood waarnemingen konden worden verricht tot op een golflengte van 1000 microns. De ontwikkeling van bolometers, die fungeren als detectoren in warmtebeeld camera’s, was van vitaal belang voor de verdere ontwikkeling van infrarood telescopen, gebruikt aan boord van vliegtuigen en ruimtetelescopen. Tijdens de zonsverduistering van 20 juli 1963 zorgde NGS opnieuw voor een stunt door een DC-8 passagiersvliegtuig in te zetten met 25 experimenten en 55 wetenschappers aan boord. Het project kreeg de naam APEQS (Aerial Photography of the Eclipse of the Quiet Sun) en werd de eerste eclips missie uitgevoerd aan boord van een straalvliegtuig. Op een hoogte van 12 300 m haalde de DC-8 een snelheid van 800 km/u waardoor de corona gedurende de totaliteit 142 seconden zichtbaar bleef, in vergelijking met 99 seconden voor waarnemers op de grond. Astronomen aan boord van de jet gebruikten onder meer een spectrograaf op een 15 cm telescoop die Zonlicht ontving via een gyro-gestabiliseerde heliostaat met een nauwkeurigheid van 1 boogminuut.
Het succes van de APEQS missie stimuleerde Michel Bader van NASA’s Ames Research Center (ARC) om vliegtuigen als wetenschappelijk platform in te zetten. In 1964 kocht NASA een viermotorige Convair 990 jetliner waarbij extra vensters in hoog kwaliteitsglas werden geplaatst in de linker bovenhelft van het dak. Het vliegtuig kreeg de naam “Galileo” (registratie NASA 711) en vloog eerste missie tijdens de zonsverduistering van 30 mei 1965. In 1971 werd het toestel ingezet voor nabije-infrarood spectra van de wolken op Venus en waarnemingen van de planeet Mars tijdens oppositie. In 1973 ging het vliegtuig verloren bij een crash en NASA verving het door een andere CV990 genaamd “Galileo II” die voor meteorologisch/atmosferisch onderzoek werd ingezet.
tot 12 500 m net onder de stratosfeer - Foto: NASA-Ames
Wanneer Frank Low in 1966 “Infrared Laboratories Inc” oprichtte, werd NASA’s doorbraak in “vliegende telescopen” gerealiseerd. Gestimuleerd door de astronoom Gerard Kuiper (1905-1973), ontwikkelden hij en Carl Gillespie de “Flying Infrared Telescope”. Deze 30 cm Dall-Kirkham Cassegrain reflector werd in een module aan een verwijderd passagiersvenster ingebouwd aan boord van een Learjet zakenvliegtuig (registratie NASA 705). Deze “ vliegende telescoop” maakte de eerste waarnemingen in open lucht aan boord van een vliegtuig mogelijk en zag First Light in oktober 1968. Het oplossen van praktische problemen met de Flying Infrared Telescope leidde tot de uitvinding van de chopping secundaire spiegel, waardoor de helderheid van de hemel van het bruikbare signaal kon worden gescheiden. NASA’s Learjet vloog tot op een hoogte van 15 150 m en de astronomen maakten enkele belangrijke ontdekkingen: zwavelachtig zuur in de wolken van Venus, de interne energie van de gasreuzen Jupiter en Saturnus alsook de eerste infrarood waarnemingen van de Orion nevel – Messier 42. Medio de jaren '70, zorgde het supersonische passagiersvliegtuig Concorde voor een wereldrecord in de zonnewaarneming. Tijdens de zonsverduistering van 30 juni 1973, vloog de “Concorde 001” met een snelheid van Mach 2,05 (2 040 km/u) in de schaduw van de Maan, waardoor de astronomen aan boord met een 7,5 cm telescoop de totaliteit en de corona gedurende 74 minuten konden observeren! NASA’s succes met de 30 cm reflector aan boord van het Learjet Observatory leidde tot de ontwikkeling van een 0,915 m spiegeltelescoop die in april 1973 in het voorste gedeelte van een gemodificeerd Lockheed C-141 vrachtvliegtuig (registratie NASA 714) werd geïntegreerd. Deze cassegrain reflector observeerde vanuit een open lucht module en zag First Light in januari 1974. In 1975 kreeg het toestel kreeg de naam “Kuiper Airborne Observatory” (KAO) ter ere van de Nederlandse-Amerikaanse astronoom Gerard Kuiper.
Via de Advanced Communications Technology Satellite (ACTS) konden de telescoop beelden naar diverse onderzoekscentra op de grond worden doorgestuurd. Tijdens 21 jaren van observatie operaties, vloog KAO gemiddeld 70 missies per jaar en kregen 750 wetenschappers en schoolleraren/leraressen (Flight Opportunities for Science Teacher EnRichment) de gelegenheid om aan een vlucht deel te nemen. De data output was enorm groot, KAO-astronomen schreven honderden wetenschappelijke papers en hielden drie symposia over infrarood sterrenkunde aan boord van NASA’s KAO. Tussen januari 1974 en oktober 1995 deed KAO belangrijke ontdekkingen: de ringen van Uranus (maart 1977), water in de kometen Halley (februari 1986) en Shoemaker-Levy 9 (mei 1994), IR-waarnemingen van de geboorte van sterren in de Orion nevel, de zwakke atmosfeer van dwergplaneet Pluto (1988), en IR-waarnemingen van Sagittarius A, het zwart gat in het centrum van ons melkwegstelsel. Infrarood astronomen smeekten om een grotere telescoop en in 1997 kocht NASA een Boeing 747SP (registratie N747NA) om deze als vliegend observatorium in te zetten. Sinds 25 mei 2010 zet een 2,50 m cassegrain reflector aan boord SOFIA (Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) de traditie van “vliegende telescopen” verder…
